单片机应用技术课件-002

《单片机应用技术》项目2数码管显示系统设计泸州职业技术学院机电工程系《单片机应用技术》精品课程组《单片机应用技术》项目2数码管显示系统设计泸州职业技术学1本讲主要内容4相关知识1教学目标2工作任务3项目实践5能力拓展6项目考核本讲主要内容4相关知识1教学目标2工作任务3项目实践21、终极目标：制作一个数码管循环显示数字0－9的单片机控制系统。2、促成目标：(1)掌握单片机查表程序的设计方法；(2)掌握单片机的LED显示接口电路工作原理及其应用；(3)掌单片机LED显示接口的程序设计方法；(4)初步掌握单片机应用系统分析和软硬件设计的基本方法，建立单片机系统设计的基本概念；【教学目标】1、终极目标：【教学目标】3

在数码管上循环显示数字0－9，时间间隔为0.2秒。【工作任务】【工作任务】4【活动一】总体设计1.系统组成本系统功能由硬件和软件两大部份协调完成，硬件部分主要完成信息的显示；软件主要完成信号的处理及控制功能等。本系统的硬件采用模块化设计，以AT89S52单片机为核心，与数码管接口电路组成控制系统。该系统硬件主要包括以下几个模块：AT89S52主控模块、数码管显示模块等。其中AT89S52主要完成外围硬件的控制以及一些运算功能，数码管显示模块完成字符、数字的显示功能。系统组成方框图如图2.1所示。【项目实践】【活动一】总体设计1.系统组成【项目实践】5

单片机数码管显示电路复位电路时钟电路电源电路

图2.1数码管显示系统组成方框图【项目实践】单数码管显示电路复位电路时钟电路电源电路6

应用软件采用模块化设计方法。该系统软件主要由主程序、延时子程序等模块组成，系统软件结构框图如图2.2所示。延时子程序主程序图2.2系统软件结构框图【项目实践】

72.系统工作原理数码管由8个发光二极管构成，可以用来显示数字、字符等，它在家电及工业控制中有着很广泛的应用，例如用来显示温度、数量、重量、日期、时间等，具有显示醒目、直观的有点，如图2.3所示。

图2.3数码管实物图【项目实践】2.系统工作原理图2.3数码管实物图【项目实践】8数码管实际上是由7个发光管组成“8”字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a、b、c、d、e、f、g、dp来表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样。例如：显示一个“3”字，那么应当是a亮、b亮、c亮、d亮、e不亮、f不亮、g亮、dp不亮。数码管的内部结构如图2.4所示，其中COM引脚为公共端，用来控制数码管显示的打开或关闭，即起到“使能”作用。根据公共端接法的不同，数码管又分为共阴极和共阳极两种结构，分别如图2.4(b)和图2.4(c)所示。共阳极就是将8个LED的阳极连接到一起组成公共端COM，接正极，当相应字段为低电平“0”时，可以点亮该字段；当相应字段为高电平“1”时，该字段不亮。共阴极就是将8个LED的阴极连接到一起组成公共端COM，接负极，当相应字段为高电平“1”时，可以点亮该字段；当相应字段为低电平“0”时，该字段不亮。【项目实践】数码管实际上是由7个发光管组成“8”字形构成9图2.4数码管内部结构图【项目实践】图2.4数码管内部结构图【项目实践】10【活动二】硬件设计1.主控模块设计本项目采用ATMEL公司生产的AT89S52单片机，主控模块的具体设计参见项目1。2.数码管显示模块设计本项目中选用8段共阳极数码管，数码管的a、b、c、d、e、f、g、dp段分别与单片机P0口的P0.5、P0.3、P0.1、P0.0、P0.4、P0.6、P0.7、P0.2相连，用来控制显示数字的形状。数码管的公共使能端COM连接三极管C8550的集电极，三极管C8550主要用于信号的放大，以驱动数码管工作。三极管8550的基极通过限流电阻接到单片机P2口的P2.0，通过控制三极管C8550基极电平来打开或关闭数码管的显示，起到“使能作用”。三极管C8550的集电极接+5V电源。数码管显示模块与单片机的接口电路如图2.5所示。【项目实践】【活动二】硬件设计【项目实践】11图2.5数码管显示模块与单片机的接口电路原理图【项目实践】图2.5数码管显示模块与单片机的接口电路原理图【项目实践】121.算法设计对于数码管而言，要想显示数字或字母，首先应该选中该数码管，然后相应字段被点亮。例如：显示一个“3”字，那么应当是a亮、b亮、c亮、d亮、e不亮、f不亮、g亮、dp不亮。对于共阳极数码管，对应到单片机的P0口，P0.7为低电平“0”，P0.6为高电平“1”，P0.5为低电平“0”，P0.4为高电平“1”，P0.3为低电平“0”，P0.2为高电平“1”，P0.1为低电平“0”，P0.0为低电平“0”，即当把01010100(54H)送给P0口时，可以显示“3”字。其他数字的显示依此类推，那么可以列出数码管显示数字的段码表如表2.1所示。【项目实践】【项目实践】【活动三】软件设计【项目实践】【项目实践】【活动三】软件设计13

表2.1数码管显示数字的段码表段名称GFAEBDPCD对应段码对应引脚P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0数字01000010084H数字111110101F5H数字20100011046H数字30101010054H数字40010010135H数字5000111001CH数字6000011000CH数字711010101D5H数字80000010004H数字90001010014H【项目实践】表2.1数码管显示数字的段码表段名称14如表2.1所示，由于数码管显示的数字“0～9”的字型码“84H、0F5H、46H、54H、35H、1CH、0CH、0D5H、04H、14H”没有规律可循，只能采用查表的方式来完成我们所需的要求。在程序设计中可以设计一个变量，每隔一定时间在“0～9”之间变化，然后按照这个数据去查找段码表，把查到的数据送到P0口。所谓表格是指在程序中定义的一串有序的常数，如平方表、字形码表、键码表等。因为程序一般都是固化在程序存储器（通常是只读存储器ROM类型）中，因此可以说表格是预先定义在程序的数据区中，然后和程序一起固化在ROM中的一串常数。在程序设计中，有时需要预先把非线性数据以表格的形式存放在存储器中，然后使用程序读出，这种能读出数据表格的程序就称为查表程序。查表程序的关键是表格的定义和如何实现查表。表格的定义可以用伪指令DB来实现，查表的实现可以用指令MOVCA，＠A+PC或者MOVCA，＠A+DPTR来实现。【项目实践】如表2.1所示，由于数码管显示的数字“0～915按照数字0－9的顺序，把每个数字的字型编码按顺序排列好，再用伪指令DB建立表格，最后利用指令MOVCA，＠A+PC或者MOVCA，＠A+DPTR来实现查表。建立的表格的程序代码如下所示：TABLE：DB84H，0F5H，46H，54H，35H，1CH，0CH，0D5H，04H，14H2.数据结构设计单片机的P0口用于控制数码管所要显示的字形；P2口P2.0用于控制三极管8550是否导通，从而实现对数码管的片选；工作寄存器R1为数码管数据表索引寄存器；数据指针DPTR为数码管字型码的基址寄存器；工作寄存器R5、R6、R7为延时子程序的循环变量。【项目实践】按照数字0－9的顺序，把每个数字的字型编码按163.程序设计(1)主程序设计主程序主要完成硬件初始化、子程序调用等功能。①初始化设置数码管使能信号有效，即P2.0=0；将数码管数据表索引寄存器R1赋初值00H。②字符显示在查表时首先用MOVA，R1指令将存放在R1中的索引值送给累加器A，将数据表的表首地址TABLE送给数据指针DPTR，然后用查表指令MOVCA，@A+DPTR取出数码管显示数据，DPTR的值加上A的值即为所取数据的地址，将该地址中的数据送给A；接着把A的值送给用于控制数码管显示字形的P0口，即可在数码管上显示相应的数字。调用延时子程序是使数码管能够稳定显示相应的数字。最后数码管数据表索引寄存器R1加1，为下一个数字的显示做准备。【项目实践】3.程序设计【项目实践】17

③查表结束判断对数码管数据表索引寄存器R1的值进行判断是否为结束码0AH，应用比较转移指令CJNER1，#10，NEXT来判断数字0—9是否显示完。若未显示完则程序转移至标号NEXT的指令处执行，将存放在R1中的索引值送给累加器A，将数据表的表首地址TABLE送给数据指针DPTR，然后用查表指令MOVCA，@A+DPTR取出数码管显示数据，为下一个数字的显示做准备；若显示完则顺序执行，将跳转至主程序开始，重新将数码管数据表索引寄存器R1赋初值00H。从而实现数字0－9的循环显示。主程序设计流程图如图2.6所示。【项目实践】③查表结束判断主程序设计流程18设置数码管字型码变址寄存器初值R1=0开始调用延时子程序YR1=10?N根据R1的值查表查表获得的数据送P0R1+1→R1数码管使能信号有效，P2.0=0图2.6主程序设计流程图【项目实践】设置数码管字型码变址寄存器初值R1=0开始调用延19(2)延时子程序模块设计延时子程序模块设计请参考项目1。4.汇编语言源程序；****************************************************************；功能：主程序；****************************************************************

ORG0000HMOVP2，#0FEH；P2.0用于控制数码管的片选START：MOVR1，#00H；R1为数码管字型码的变址寄存器NEXT：MOVA，R1；把字型码的变址地址送给累加器AMOVDPTR，#TABLE；取得表首地址MOVCA，@A+DPTR；查表，取得显示的字型码MOVP0，A；P0用于数码管的字位口控制LCALLDELAY200ms；调用延时子程序INCR1；下一个字型码的变址寄存器CJNER1，#10，NEXT；判断0—9是否显示完毕LJMPSTART；循环显示【项目实践】(2)延时子程序模块设计4.汇编语言源20;****************************************************************；功能：延时子程序；****************************************************************DELAY200ms：MOVR5，#20LOOP1：MOVR6，#20LOOP2：MOVR7，#230DJNZR7，$DJNZR6，LOOP2DJNZR5，LOOP1RET【项目实践】;*****************************21;*******************************************************************；功能：；LED字段码表；********************************************************************；8字LED的连接方法；P0.7，P0.6，P0.5，P0.4，P0.3，P0.2，P0.1，P0.0；G，FAEBHCDTABLE：DB84H，0F5H，46H，54H，35H，1CH，0CH，0D5H，04H，14HEND【项目实践】【项目实践】225.C语言源程序#include<AT89X51.H>unsignedcharcodetable[]={0x3f，0x06，0x5b，0x4f，0x66，

0x6d，0x7d，0x07，0x7f，0x6f};unsignedchardispcount;voiddelay02s(void){unsignedchari，j，k;for(i=20;i>0;i--)for(j=20;j>0;j--)for(k=248;k>0;k--);}【项目实践】5.C语言源程序【项目实践】23voidmain(void){P2=0xfe;while(1){for(dispcount=0;dispcount<10;dispcount++){P0=table[dispcount];delay02s();}}}【项目实践】voidmain(void)【项目实践】24系统仿真调试过程参见项目1。【项目实践】【活动四】系统仿真调试【项目实践】【活动四】系统仿真调试25一、数码管基本知识显示器是最常用的输出设备。特别是发光二级管显示器（LED：LightEmittingDiode）和液晶显示器（LCD），由于结构简单、价格便宜、接口容易，得到广泛的应用，尤其在单片机系统中大量使用。本项目主要介绍发光二级管显示器（LED）与单片机的接口设计和相应的程序设计。液晶显示器（LCD）与单片机的接口设计请参见项目6。【相关知识】【相关知识】261.数码管的结构数码管由8个发光二极管(以下简称字段)构成，通过不同的组合可用来显示数字0～9、字符A～F、H、L、P、、U、符号“－”及小数点“.”。数码管的外形结构如图2.7(a)所示，数码管又分为共阴极和共阳极两种结构，分别如图2.7(b)和图2.7(c)所示。所谓共阴极，即是将所有LED的阴极连接到一起，而共阳极则相反，所有的阳极被连接到了一起。但不管哪种结构，其显示设计的原理基本相同，唯一的是其驱动的电路的设计有所差异，一般共阴极采用推（Push）电流的方式来驱动，而共阳极结构则采用拉（Pull）电流的方式来驱动。【相关知识】1.数码管的结构【相关知识】27图2.7数码管的外形结构图【相关知识】图2.7数码管的外形结构图【相282.数码管工作原理共阳极数码管的8个发光二极管的阳极(二极管正端)连接在一起。通常，公共阳极接高电平(一般接电源)，其他管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。3.数码管的字形编码

要使数码管显示出相应的数字或字符，必须使段数据口输出相应的字形编码。对照图2.7，字型码各位定义为：数据线D0与a字段对应，D1与b字段对应……，依次类推。如使用共阳极数码管，数据为0表示对应字段亮，数据为1表示对应字段暗；如使用共阴极数码管，数据为0表示对应字段暗，数据为1表示对应字段亮。如要显示“0”，共阳极数码管的字型编码应为11000000B(即C0H)；共阴极数码管的字型编码应为00111111B(即3FH)。依次类推，可求得数码管字形编码见表2.2。【相关知识】2.数码管工作原理【相关知识】29表2.2数码管字型编码表【相关知识】

30【相关知识】【相关知识】314.LED数码管显示方式

根据LED显示的硬件设计方法的不同，LED显示驱动分为静态法和动态法两种方法。(1)LED的静态显示方式所谓静态显示驱动法，即是指每一个LED灯分别对应一个独立的I/O驱动口；其点亮和关闭由该I/O来对其进行控制，互不干扰。对于I/O驱动能力弱的MCU，必须增加外部的驱动芯片或驱动三极管等器件。LED显示器工作在静态方式时，其公共端应接到一个固定的电平(共阴极接低电平，共阳极接高电平)。如图2.8所示为两位共阳极LED数码管与单片机连接。【相关知识】4.LED数码管显示方式【相关知识】32

此种设计一般应用在对单个LED的驱动或LED数量较少，且所选的MCUI/O比较充裕的情况下。比如一些项目的LED指示灯、产品的设计中只有一个7－段LED码需要显示等。由于每一个LED均由独立的I/O口来控制，因此此种显示驱动的软件设计比较简单明了，无需特别的处理，在需要点亮和关闭时设置相应的I/O输出口的电平即可（即“0”或“1”，具体须根据驱动电路的设计来决定）。【相关知识】此种设计一般应用在对单个LED的驱动或LED数33图2.8LED静态显示电路【相关知识】图2.8LED静态显示电路【相关知识】34优点：电路设计简单，编程简单，而且LED的亮度控制容易，只需在驱动端增加相应的电流调节电阻即可方便地实现亮度的调节（对于存在独立驱动的设计，还可以通过调整驱动电压来达到亮度的调节）。缺点：由于每一个LED灯需要一个I/O口，因此对I/O口的需求较大，不易实现大数量的LED驱动和显示，扩展性能差。【相关知识】优点：电路设计简单，编程简单，而且LED的亮度35(2)LED的动态显示方式在LED的位数比较多时，采用静态显示方式，要占用大量的I/O，硬件电路比较复杂，为了简化电路，降低成本，可采用动态显示方式。所谓动态显示就是一位一位地轮流点亮各位显示器（扫描），对于每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。显示器的点亮既跟点亮时的导通电流有关，也跟点亮时间和间隔时间的比例有关。调整电流和时间的参数，可实现亮度较高较稳定的显示。若显示器的位数不大于8位，则控制显示器公共极电位只需一个I/O口（称为扫描口），控制各位显示器所显示的字形也需一个8位口（称为段数据口）。动态显示的硬件接法是将所有LED显示器的段选线并在一起，接到一个8位的I/O接口上，而位选线则分开接到各自的控制I/O线上。【相关知识】(2)LED的动态显示方式【相关知识】36各LED的段选线是并到一起的，如果不加控制，在送显示字模时各LED会显示同样的内容，为解决这一问题，应使LED在每一个时间段内只显示一位，在此期间只使一位LED的位选线有效，则在此期间内只有一位LED显示，而其他LED不显示，通过程序或硬件电路控制，各LED在一个显示周期内分别显示一段时间，当一个显示周期足够短时(小于100ms)，由于人眼的视觉暂留特性，使人感觉每个LED总在亮。这种方式称动态扫描显示方式，完成这种功能可由软件也可由硬件完成。图2.9是用MCS-51单片机设计的一个5位共阴极LED动态显示电路。8位共阳极显示器和单片机的接口逻辑如图2.9所示。P0端口接动态数码管的字形码笔段（段数据口），P2端口接动态数码管的数位选择端（扫描口）。【相关知识】各LED的段选线是并到一起的，如果不加控制，在37

图2.9LED动态显示电路【相关知识】图2.9LED动态显示电路【相关38二、项目相关的指令1．定义字节指令伪指令DB指令格式：标号：DB字节常数表或ASCII码字符表功能：从指定的地址单元开始定义若干个字节的数值或ASCII码字符，各数据之间用逗号分隔，常用于定义一个数据表格存入程序存储器。在表示ASCII码字符时需要在字符上加单引号，标号表示数据表的首地址。【相关知识】二、项目相关的指令【相关知识】39

【例如】下面的DB指令从0100H单元开始定义了一个10个字节的数据表。

ORG0100HTAB：DB3FH，06H，5BH，4FH，66HDB6DH，7DH，07H，7FH，6FHDB定义的数据表一行可以写多个数据，当一行写不下要分行时，在下一行也必须用DB伪指令开头。数据表首地址为0100H，那么标号TAB=0100H，定义了10个字节数据，(0100H)=3FH，(0101H)=06H，(0102H)=5BH，以此类推，(0109H)=6FH。

2．16位数据传送指令

MOVDPTR，#data16；DPTR←data16这是51单片机唯一的一条16位数据传送指令，其功能是将16位立即数送入数据指针DPTR。【相关知识】【例如】下面的DB指令从0100H单元开始定义了403．程序存储器传送指令

MOVCA，＠A+PC;PC←PC+1，A←(A+PC)MOVCA，＠A+DPTR;A←(A+DPTR)这两条指令都是一字节指令，并且都为变址寻址方式，其寻址范围为64KB。程序存储器传送指令的助记符是在MOV的后面加C，“C”是Code的第一个字母，是代码的意思。这两条指令用于访问程序存储器中的数据表格，因此可以把它们看成是查表专用指令